JP6381652B2 - 多孔質セパレータ長尺、その製造方法、捲回体及びリチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
リチウムイオン二次電池、セパレータ、耐熱セパレータ、耐熱セパレータの製造方法、スリット装置について順に説明する。
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、それゆえ、現在、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等の機器、自動車、航空機等の移動体に用いる電池として、また、電力の安定供給に資する定置用電池として広く使用されている。
セパレータ12は、リチウムイオン二次電池1の正極であるカソード11と、その負極であるアノード13との間に、これらに挟持されるように配置される。セパレータ12は、カソード11とアノード13との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする多孔質フィルムである。セパレータ12は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含む。
図3は、図1に示されるリチウムイオン二次電池1の他の構成を示す模式図であって、(a)は通常の構成を示し、(b)はリチウムイオン二次電池1が急激に昇温したときの様子を示す。
リチウムイオン二次電池1の耐熱セパレータの製造は特に限定されるものではなく、公知の方法を利用して行うことができる。以下では、多孔質フィルム5がその材料として主にポリエチレンを含む場合を仮定して説明する。しかし、多孔質フィルム5が他の材料を含む場合でも、同様の製造工程により、セパレータ12を製造できる。
耐熱セパレータまたは耐熱層を有しないセパレータ(以下「セパレータ」)は、リチウムイオン二次電池1などの応用製品に適した幅(以下「製品幅」)であることが好ましい。しかし、生産性を上げるために、セパレータは、その幅が製品幅以上となるように製造される。これをセパレータの原反という。このセパレータの原反を、一旦製造した後に、スリット装置においては、セパレータの原反の長手方向と厚み方向とに対し略垂直である方向の長さを意味する「セパレータの幅」を製品幅に切断(スリット)し、セパレータ長尺とする。
(スリット装置の構成)
図4の(a)は、シェアカット方式の切断装置7を備えたスリット装置6の構成を示す模式図であり、図4の(b)は、スリット装置6によって、セパレータ(多孔質セパレータ)の原反12Oが複数のセパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)12a・12bにスリットされる様子を示す図である。
図5の(a)は、図4に示されるスリット装置6に備えられたシェアカット方式の切断装置7を示す図であり、図5の(b)は、切断装置7に備えられたスリット部Sを示す図であり、図5の(c)は、切断装置7に備えられたスリット部Sによってセパレータの原反12Oがスリットされる様子を示す図である。
第1巻取ローラー70U(捲回部)には、4つの奇数番目のセパレータ長尺12aの数に応じて、4つのコアuが着脱可能に取り付けられている。同様に、第2巻取ローラー70L(捲回部)には、3つの偶数番目のセパレータ長尺12bの数に応じて、3つのコアlが着脱可能に取り付けられている。
図4の(a)に示されるスリット装置6に備えられた第1タッチローラー81U及び第2タッチローラー81Lは、それぞれ第1アーム82U及び第2アーム82Lの一端に回転可能に設けられる(固定される)。第1アーム82U及び第2アーム82Lは、それぞれ他端にある回転軸84U、84L(シャフト)を中心として回動可能である(図4の(a)中の矢印の方向に回動可能である)。第1捲回補助ローラー83Uは、第1タッチローラー81Uと第1アーム82Uの回転軸84Uとの間に配置され、第1アーム82Uに回転可能に固定される。第2捲回補助ローラー83Lは、第2タッチローラー81Lと第2アーム82Lの回転軸84Lとの間に配置され、第2アーム82Lに回転可能に固定される。
図6は、セパレータ長尺12a・12bの側面において、直線性を評価した部分を示す図である。
1.元画像を読み込む。
2.カラー分離により緑、赤、青の三色に分離する。
3.緑色に分離された分離画像において自動二値化を実施し背景部を抽出する(判別分析法:モード法)。
4.上記3.で抽出された領域の周囲長(O+P+Q+R)を測定する。
5.上記3.で抽出された領域でサンプルと背景の界面を除く三辺のライン長(O+P+Q)を測定する。
6.上記4.で測定された周囲長(O+P+Q+R)から、上記5.で測定された三辺のライン長(O+P+Q)を引き算しエッジ長さ(R)を算出する。
7.算出されたエッジ長さ(R)を、長辺長さ(P)で除す。
以下、図10に基づいて、図8の(c)に図示したR/Pの値を有する多孔質フィルム5の片面に耐熱層4を積層したセパレータ長尺、具体的には、多孔質フィルム5であるポリオレフィンセパレータの片面に耐熱層4として全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂)を積層したセパレータ長尺12a’’・12b’’の引張強度の測定方法及びその結果について説明する。
装置:テンシロン万能材料試験機(株式会社エー・アンド・デイ、RTF−1210型)
試験片:5cm×1cm
試験速度(チャック14aの速度):100mm/min
測定回数:3回
チャック間距離:2cm
試験方向:セパレータ長尺の長手方向(MD)
試験片12eの破断時の応力A(N)から引張強度X(MPa)を算出した。具体的には以下の(式1)を用いて、引張強度X(MPa)を算出した。
図10の(c)に図示されているように、ポリエチレンからなる多孔質フィルムの片面に耐熱層として全芳香族ポリアミドを積層したセパレータの原反をレザーカット法でスリットしたセパレータ長尺から得た試験片(エッジ長さ(R)/長辺長さ(P):1.047、レザーn=1・レザーn=2・レザーn=3)と比較すると、ポリエチレンからなる多孔質フィルムの片面に耐熱層として全芳香族ポリアミドを積層したセパレータの原反をシェアカット法でスリットしたセパレータ長尺から得た試験片12e(エッジ長さ(R)/長辺長さ(P):1.000、シェアカットn=1・シェアカットn=2・シェアカットn=3)の破断時の荷重(N)の方が大きいことがわかる。
以下、図11に基づいて、図8の(c)に図示したR/Pの値を有する多孔質フィルム5の片面に耐熱層4を積層したセパレータ長尺、具体的には、多孔質フィルム5であるポリオレフィンセパレータの片面に耐熱層4として全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂)を積層したセパレータ長尺12a’’・12b’’のシャルピー衝撃試験の測定方法及びその結果について説明する。
装置:万能衝撃試験機(安田精機製作所、No.258)
試験片:8cm×1cm
持ち上げ角度:150°
測定回数:5回
振り子(ハンマー)容量:1J
試験片の枚数:1枚
試験片のノッチ:なし
試験方向:横断方向(TD)
なお、通常、シャルピー衝撃試験用の試験片には、ノッチを入れるが、本実験では試験片のスリット端部形状自身を評価するため、長方形に切り出したサンプルに追加のノッチは入れなかった。
本発明の態様1に係る多孔質セパレータ長尺は、多孔質セパレータ長尺の側面において、上記多孔質セパレータ長尺の側面の画像を、上記多孔質セパレータ長尺と上記多孔質セパレータ長尺以外の部分とで2値化処理して得られる、長手方向に沿う直線上の2点間の直線距離をPとし、上記長手方向に沿う直線上の2点間の上記側面の形状に沿った距離をRとした場合、R/Pの値が1.04未満であることを特徴としている。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
4 耐熱層(多孔質耐熱層)
5 多孔質フィルム(多孔質フィルム層)
6 スリット装置
7 切断装置
12 セパレータ(多孔質セパレータ)
12a セパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)
12b セパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)
12c 側面
12d 側面
12a’’ セパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)
12b’’ セパレータ長尺(多孔質セパレータ長尺)
12c’’ 側面
12d’’ 側面
12U セパレータ捲回体(多孔質セパレータ捲回体)
12L セパレータ捲回体(多孔質セパレータ捲回体)
12U’’ セパレータ捲回体(多孔質セパレータ捲回体)
12L’’ セパレータ捲回体(多孔質セパレータ捲回体)
12O セパレータの原反(多孔質セパレータの原反)
66 下側の軸
66a 下刃
66b 空間部
67 上側の軸
67a 上刃
67b 平坦部
67c 傾斜部
l コア
u コア
MD セパレータ長尺またはセパレータの原反の長手方向
TD セパレータ長尺またはセパレータの原反の横断方向
S スリット部
A面 多孔質フィルムの耐熱層と接する面と対向する表面
B面 耐熱層の多孔質フィルムと接する面と対向する表面
O 左側長さ
P 長辺長さ(長手方向に沿う直線上の2点間の直線距離)
Q 右側長さ
R エッジ長さ(長手方向に沿う直線上の2点間の側面の形状に沿った距離)
Claims (4)
- 多孔質フィルム層と、上記多孔質フィルム層の片面に積層された多孔質耐熱層からなる多孔質セパレータ長尺の側面において、
上記多孔質セパレータ長尺の側面の画像を、上記多孔質セパレータ長尺と上記多孔質セパレータ長尺以外の部分とで2値化処理して得られる、上記多孔質耐熱層における上記多孔質フィルム層と接する面と対向する表面の、長手方向に沿う直線上の2点間の直線距離をPとし、上記長手方向に沿う直線上の2点間の上記側面の形状に沿った距離をRとした場合、R/Pの値が1.04未満であることを特徴とする多孔質セパレータ長尺。 - 上記請求項1に記載の多孔質セパレータ長尺を、コアに捲回したことを特徴とする多孔質セパレータ捲回体。
- 上記請求項1に記載の多孔質セパレータ長尺を、上記長手方向と直交する横断方向に沿って、所定の長さにカットした多孔質セパレータを備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。
- 多孔質フィルム層と、上記多孔質フィルム層の片面に積層された多孔質耐熱層からなる多孔質セパレータの原反が、上記原反の長手方向に沿って、スリットされた多孔質セパレータ長尺の製造方法であって、
互いに異なる方向に回転可能な上刃と下刃とを備え、上記上刃が、上記長手方向と直交する横断方向において互いに隣接する上記下刃間に形成された空間部において、上記隣接する下刃の一方に接触する、スリット部を用いて、上記上刃を、上記多孔質フィルム層における上記多孔質耐熱層と接する面と対向する表面から入れることで上記多孔質セパレータ長尺の側面を形成する工程を含み、
上記多孔質セパレータ長尺の側面の画像を、上記多孔質セパレータ長尺と上記多孔質セパレータ長尺以外の部分とで2値化処理して得られる、上記多孔質耐熱層における上記多孔質フィルム層と接する面と対向する表面の、長手方向に沿う直線上の2点間の直線距離をPとし、上記長手方向に沿う直線上の2点間の上記側面の形状に沿った距離をRとした場合、R/Pの値が1.04未満であることを特徴とする多孔質セパレータ長尺の製造方法。
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